地球物理勘探之磁法勘探市公开课一等奖省赛课获奖课件

磁法勘探第1页磁法勘探是应用最早地球物理方法，1640年，瑞典人首次尝试用罗盘寻找磁铁矿；1870年制造出了第一台万能磁力仪，这也能够看做是应用地球物理学开始发展一个主要标志。我国磁法工作是上世纪30年代在云南开始，解放前十几年都停留在科学试验阶段，解放后有很大发展，现今以跨入世界先进行列。第2页1、定义经过观察和分析岩矿石磁性异常及磁场特征,来研究地质结构及其分布形态和寻找矿产一个地球物理勘探方法。2、分类就工作环境而言，可分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测四类。3、单位SI制：T（特斯拉）地球物理学：nT（纳特）1nT=10-9T第3页4、磁法勘探和重力勘探主要差异第4页预备知识：岩、矿石磁性一、物质磁性基于物质磁化率x差异，能够将它们分为逆磁质、顺磁质和铁磁质三大类。1、逆磁质X<0物质称为逆磁质，在磁场作用下，这类物质发生反向磁化。2、顺磁质X>0物质称为顺磁质，在磁场作用下，这类物质会沿磁场方向磁化。

这两类物质磁化率皆为常量，在受到很小地磁场磁化后，它们所显示磁性也很微弱，在磁法勘探中将它们看成是无磁性物质。第5页3、铁磁质在弱磁场作用下，铁磁性物质即可到达磁化饱和，其磁化率x>>0它与磁法勘探有着亲密联络。二、岩、矿石磁性1、岩、矿石磁性组成岩、矿石磁性与矿物磁性亲密相关，岩、矿石大多含有磁性矿物，各类岩、矿石所含磁性矿物种类和数量都不一样，所以存在磁性差异。

研究表明，岩、矿石磁化强度由两部分组成：一部分是被当代地磁场磁化后取得，称为感应磁化强度（简称感磁），另一部分与当代地磁场无关，是岩、矿石形成前后，受当初地磁场磁化后保留下来，称为天然剩下磁化强度（简称剩磁）第6页2、岩、矿石剩下磁性

①热剩下磁性②碎屑剩下磁性③化学剩下磁性④黏滞剩下磁性⑤等温剩下磁性原生剩磁次生剩磁第7页3、研究岩、矿石磁性意义（测量岩矿石磁参数）

岩石剩磁对于正确解释磁测资料是必不可缺乏，尤其是当剩磁较强，且与现今地磁场方向又不一致，在解释磁异常时若只考虑，则可能会造成错误结论，比如可能使推断矿体产状出现错误。在火山岩地域，研究岩石剩磁，对于区分矿与非矿异常也有主要意义。古地磁研究是地磁学一个主要方面。它是经过测定岩石或古代文物(砖瓦、陶器和古冶炼炉等熔烧粘土制品)原生剩磁，来研究地质史期和人类文明史期古地磁场方向、强度及其演变规律。它已发展成为地学中主要一门分支学科——古地磁学。第8页第一节地球磁场存在于地球周围含有磁力作用空间，称为地磁场。它是由基本磁场、改变磁场和磁异常三部分组成。一、主磁场

偶极子是指相距很近符号相反一对“电荷”或“磁荷”，地磁场能够近似地看作是偶极子场（约占主磁场80%）第9页依据磁场起源，地磁场分为内源场和外源场。起源于地球内部磁场称为内源场，约占地球总磁场95%。内源场主要来自地球液态外核。外核是熔融金属铁和镍，它们是电流良导体，当地球旋转时，产生强大电流，这些电流产生了地球磁场。地磁场总体像个沿地球旋转轴放置在地心磁铁棒产生磁场，它内源场主要部分，也是地磁场主要特征，占到总地磁场80%~85%，称为偶极子场。内源场还有五个大尺度非偶极子场，称为磁异常，分别为南大西洋磁异常，欧亚大陆磁异常，北非磁异常，大洋洲磁异常和北美磁异常，主要起源于地壳岩石产生磁场。起源于地球外磁场称为外源场，主要由太阳产生，它占了地球磁场5%。第10页1、地磁要素X（地理北）y（东）z（下）H（磁北）X北向分量Y东向分量Z垂直分量H水平分量（指向磁北），其延长线即是磁子午线D磁偏角（H偏东时D为正）I磁倾角（下倾为正）以北半球为例第11页X（地理北）y（东）z（下）H（磁北）X、Y、Z、H、D、I和地磁场强度T都是表示地磁场大小和方向物理量，合称为地磁要素，它们之间关系以下：第12页2、地磁图地磁要素是随时空改变，要了解其分布特征，必须把不一样时刻所观察数值都归算到某一特定日期，国际上将此日期普通选在1月1日零点零分，这个步骤称之为通化。将经通化后某一地磁要素值按各个测点经纬度坐标标在地图上，再把数值相等各点用光滑曲线连结起来，编绘成某个地磁要素等值线图，便称为地磁图。地磁图按要素D、I、T、H、Z、X及Y可分别绘制出对应等值线图，按编图范围分类，有世界地磁图和局部地磁图两种；世界地磁图表示地磁场在全球范围内分布，通常每五年编绘一次。我国地磁图每十年编绘一次第13页

依据各地地磁要素随时间改变观察资料，还可求出对应要素在各地年改变平均值，称为地磁要素年变率。一样能够编制出对应年代要素年变率等值线图。这类图件普通能够适用五年，与地磁图适用能够求得五年中某一年地磁要素值。因为地磁场存在长久改变，所以，在使用地磁图时必须注意出版年代，及对应年代要素年变率地磁图。第14页ZX（地理北）y（东）z（下）H（磁北）第15页H第16页

地磁要素是按一定规律分布在地表：（1）等Z线、等H线（等I线）都大致平行于地理纬线（2）在赤道附近（磁赤道上），垂直分量Z和磁倾角I为零，水平分量H最大，地下介质在这里被“水平磁化”。伴随纬度增大，Z和I绝对值也增大，而H逐步减小。（3）在北半球T向下，磁倾角I为正；在南半球磁场T向上，I为负。地下介质在这里被“倾斜磁化”（4）在两极附近某处，I到达±90°，H为零，Z绝对值最大，它们就是地球磁极。在地理北极附近叫“磁北极”，它含有S极极性；在地理南极附近叫“磁南极”，它含有N极极性。处于这两个磁极附近地下介质被“垂直磁化”第17页地磁极和地理极区分第18页T第19页I第20页D第21页3、非偶极子场第22页4、主磁场长久改变第23页二、改变磁场地磁场短期改变主要起因于固体地球外部各种电流体系。按其改变特征也能够分为两类：一类是按一定周期连续出现，且改变平缓而有规律，称为平静改变；另一类是偶然发生，连续一定时间后就消失，是短暂而复杂改变，改变幅度能够很强烈，也有很小，称之为扰动改变。1、平静改变平静改变又依据其改变周期和幅度等特征，分为太阳静日改变（Sq）和太阴日改变（L）。因为后者改变幅度仅l-2nT，又重合在太阳静日改变之中，对磁法勘探影响甚微。故不单独考虑。第24页特点：各个地磁要素平静改变是逐日不停地在进行，其中振幅易变、相位几乎不变。白天（6～18）时磁场改变较大，夜间较平静。夏季改变幅度最大，冬季幅度最小，春、秋季节居中。日变平均幅度为数纳特～数十纳特。第25页2、扰动改变

※磁测过程中应设有专用仪器进行地磁日变观察，方便进行对应校正，去掉短期改变磁场干扰，称为日变更正。假如在勘探过程中碰到磁暴现象，应停顿工作第26页三、磁异常第27页四、我国境内地磁要素分布第28页

在我国境内，依据二维幂多项式模式编制我国地磁图表明有以下分布特征：（1）磁偏角零偏线由蒙古穿过我国中部偏西甘肃省和西藏自治区延伸到尼泊尔、印度。零偏线以东偏角为负，其改变由0°至-11°；零偏线以西为正，改变范围由0°至5°。（2）磁倾角由南向北，I值由-10°增至70°。（3）地磁场水平强度（H）从南至北，H值由40000nT降至21000nT。（4）垂直强度自南至北由-10000nT增加到56000nT。（5）总场强度由南到北，改变值为41000nT至60000nT。第29页第二节地磁场解析表示式一、地磁场球谐分析研究地磁场首要任务之一，就是将其场强与地面各点空间坐标关系，用解析关系式表示出来，惯用方法是用球谐级数表示，称为球谐分析。球谐分析方法于1838年由高斯首先提出，该方法是表示全球范围地磁场分布及其长久改变一个数学方法。该方法还可区分外源场和内源场。假设地球是均匀磁化球体，球体半径为R。若采取球坐标系，坐标原点为球心，球外任一点P地心距为r，余纬度为θ，经度为λ。则在地磁场源区之外空间域坐标系（r，θ，λ）中，磁位u（r，θ，λ）Laplace方程能够写成以下形式第30页

对上式采取分离变量法，则可得Laplace方程普通解，从而可分别取得其内源场和外源场磁位球谐表示式。若设外源场磁位为零，则内源场磁位（相当于重力位）球谐普通表示式为第31页

式中，为施密特准归一化缔合勒让德函数其中

第32页对式(2)计算其沿轴向微商位，可得到对应三个轴向磁场强度三分量。而地磁场磁感应强度三个分量即北向水平分量X，东向水平分量Y，垂直分量Z以下第33页式中：R为地球平均半径，R=6371.2km;

为P点地理纬度;

为P点地理经度;为n阶高斯球谐系数(以nT为单位);

第34页第35页第三节磁力仪磁力仪是研究磁场改变仪器，种类很多，但总来说，可分为机械式磁力仪和电子式磁力仪两大类。其中机械式磁力仪只能做地磁场相对测量，而电子式磁力仪既能够作地磁场相对测量也能够作绝对测量。介绍最惯用质子磁力仪原理。第36页质子磁力仪主机与探头探头中储存有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢液体。这些物质分子中氢原子核（质子），含有“核子顺磁性”。当外界没有磁场时，这些质子磁矩是杂乱，当外界磁场作用时，质子磁矩将逐步地转到外磁场方向。第37页测量时将探头置于地磁场T中，质子磁矩将沿地磁场方向排列，此时经过主机施加一个与地磁场方向垂直，且强度大数百至数千倍人工磁场H0时，全部质子磁矩都会转向H0方向，切断人工磁场，质子就会在原有自旋力矩和地磁场力矩相同作用下，绕地磁场T方向做旋进运动。经过测量质子旋进频率f——质子旋进角速度ω——地磁场T第38页第四节磁测野外工作方法及资料初步整理一、确定工作百分比尺磁测测区、百分比尺和测网确实定标准与重力勘探相同，不再重述。同百分比尺磁测点密度大。百分比尺长方形测网正方形测网线距/m点距/m线距、点距相同1：500001:250001:100001:50001:1:10001:500500250100502010550～20025～10010～405～204～102～51～2500m250m100m50m20m10m5m第39页二、仪器检测仪器静态试验仪器动态试验仪器一致性试验试验地段选择要求:1、与野外工作条件相当；2、磁场平稳且不受人文干扰；3、日变平稳时段可选择一处磁场平稳而又不受人文干扰影响地域，将参加工作仪器置于此区，并使探头间距离保持在20m以上，以免探头磁化时相互影响。在日变平稳时段进行秒级同时日变观察，读数时间间隔为15秒。取100个以上观察值计算仪器噪声水平选择无人文干扰且磁场平缓(10nT～20nT)地域，布设一条剖面，在剖面上等间距布设观察点50个以上，在日变较小时段将生产所需各台仪器在该剖面上做2次同向观察，计算各台仪器观察均方误差一致性试验分为三个方面，分别为：探头一致性、主机一致性和磁力仪一致性。

第40页三、野外施工1、设置日变站（基点）目标：

消除改变磁场部分（周日改变和短周期扰动）对磁测影响。要求：(1)位于平稳磁场内，附近没有磁性干扰物，并远离建筑物和工业设施。(2)统计时间小于30s(3)在一个工作日内，日变观察应始早于出工第一台仪器，晚于收工最终一台仪器。(4)高精度磁测时，最大有效半径为25km(5)碰到磁暴或磁干扰较大时应停顿工作。第41页2、设置仪器校正点位于日变站附近3、普通点观察①操作人员应严格去磁。②天天开工前，应将日变和野外磁测仪器时间、日期调成一致。日变观察要早于出工第一台仪器，晚于收工最终一台仪器。③工作方式采取基点—测点……测点—基点单次观察法，早晚基点经日变更正后差值超出10nT时，则全闭合观察单元工作量报废，并查明原因。4、检验点与补充观察同重力观察5、测地工作第42页四、普通点观察资料初步整理1、日变校正用日变站数据绘制日变曲线。

经过测量得到日变站稳定基本磁场值，在日变曲线上减去该基本值得到“纯日变值”，查找对应观察时间“纯日变值”即可进行日变校正。更正公式以下：

其中：是进行日变校正后稳定磁场值，不随时间改变；是野外直接观察到磁场值；是野外观察数据时间“纯日变值”。第43页2、正常场校正和高度校正

在进行大面积高精度磁测工作时，需要进行正常梯度校正和高度校正。此时要用国际地磁参考场所提供高斯系数，用电子计算机算出测区内节点地磁场值。求其在X、Y、Z三个坐标方向梯度值（），计算出磁场沿经度、维度以及铅垂方向上梯度值，从而能够将测区内测点值作正常场校正和高度校正将其更正到同一点上。第44页第45页第46页第47页实际资料预处理结果演示

工区概况：

工作区内地层属秦岭地层区，出露地层主要为元古界沉积变质岩、火山岩以及下古生界碎屑岩、碳酸盐岩。区内结构比较复杂，主要表现为近东西向结构，断裂结构主要有新店子－梨洼断裂和张家坪－灞源断裂。新店子－梨洼断裂为一南倾近东西向区域大断裂，倾向75°－85°，延伸数十公里。张家坪－灞源断裂为近北东向平移断层，延伸数公里。褶皱结构主要有韩家沟－石板河向斜、木家台背斜。牧护关倒转背斜，总体呈近东西向展布。第48页对该区磁异常数据进行日变校正、正常场校正和高度校正，为了查看校正效果，我们用各项校正值做异常等值线分布图。

测区内高程等值线分布图第49页日变校正值分布图高度校正值分布图第50页正常场校正值分布图从图中我们看出，测区内正常场校正值较小，而高度校正值和日变校正值较大。同时也能够看出在高精度磁测工作中，我们必需对野外数据做各项校正，这是磁法勘探中不可缺乏主要步骤。第51页图中有两条矿带，中间被剥蚀，形成圈闭鸡窝矿，没有开采价值，左上角沿河有异常高，由岩体引发，右下角圈闭磁异常高，相对其它区域更有开采价值。工区异常等值线分布图第52页第五节磁异常正演一、有效磁化强度矢量

我们假设磁性体为均匀磁化且不考虑退磁和剩磁，假设磁体磁化强度为M，M方向与地磁场T方向一致，xoz为观察剖面。在空间坐标系中，M可分解成Mx、My和Mz三个分量。其中Mx与Mz合成矢量Ms称为有效磁化强度（或剖面磁化强度），Ms与x轴正向夹角i，称为有效磁化倾角。第53页※注第54页（1）物理意义

与类似，都是在固定方向分量（Ha为水平分量）二、总强度磁异常磁场总强度正常场第55页磁场总强度正常场第56页（2）计算公式Hax、Hay、和Za为Ta在三个坐标轴上分量第57页

磁性体磁异常比同形状物体重力异常复杂多，磁性不均匀不规则地质体磁场分布难以利用数学方法计算。所以，在计算磁性体磁场时，常作以下假设：

（一）形状规则简单（二）均匀磁化（三）单个磁性体（不考虑多个磁性体之间相互影响）（四）观察面水平（五）不考虑剩磁（或Mi与Mr同方向）三、简单规则形体正演方法第58页第59页以单极为例说明Za、Ha曲线正点磁荷磁场很多情况下，△T曲线与Za曲线类似*正磁荷产生负异常；负磁荷产生正异常*第60页四、球体磁场*正磁荷产生负异常；负磁荷产生正异常*第61页五、水平圆柱体磁场第62页六、板状体磁场（一）无限延伸厚板磁场1、顺层磁化无限延伸厚板它曲线特征和顺层磁化无限延伸薄板是类似，只是曲线宽度不一样特点：板越厚，Za曲线宽度越宽第63页第64页2、斜交磁化无限延伸厚板图c比较特殊，用定性分析方法不太好得到曲线形态很多情况下，△T曲线与Za曲线类似，但最终一幅图稍微特殊一点第65页（二）有限延伸厚板磁场特点：顶面（底面）正磁荷会使曲线出现负值；而顶面（底面）负磁荷会使曲线出现正值第66页（三）水平薄板和台阶磁场上下磁荷面靠得太近，会产生较强消磁作用，如上图中红线部分所表示第67页

第68页第69页思索：第70页第六节磁异常转换处理一、解析延拓第71页第72页二、导数换算（高次导数法）重磁异常导数能够突出浅而小地质体异常特征而压制区域性深部地质原因影响．在一定程度上能够划分不一样深度和大小异常源产生叠加异常，且导数次数越高，这种分辨能力就越强。

※阶次越高异常范围越小，不论从垂向着或从水平方向看，高阶导数异常分辨能力都提升了。第73页三、化到地磁极在垂直磁化条件下，磁异常形态以及磁异常与磁体关系都比较简单，便于进行地质解释。但我国处于中纬度地域，磁体受斜磁化影响，其异常普通都有正、负两个部分，异常与磁体关系也比较复杂，解释难度是比较大。处理这个问题方法之一是用数学换算将“倾斜磁化”转变为“垂直磁化”，因为这一过程相当于人为地将磁体从所在测区移到了地磁极处，故又称为“化向地磁极”。第74页

※正负异常值与岩体界限（点线表示）不相符第75页※化向磁极后，异常正值部分与岩体边界有很好对应关系。尤其是向下延伸较深磁性体，垂直极化时候，能够看做是只有一个磁极影响，在上图中就只有正异常第76页一、判断引发磁异常地质原因第七节磁异常定性解释在判断磁异常性质时，应结合测区地质资料及其它物化探资料进行综合分析。对找矿来说，应尤其注意成矿控制原因。分析异常时不但要注意幅值大异常，而且对低缓异常也不能轻易放过。它可能是埋藏较深或磁性较弱磁体引发，也可能是产状平缓强磁性体产生（消磁作用）。向下延拓有利于判断低缓异常性质。普通来说，岩体体积大、磁性弱，而矿体体积小、磁性强。当观察面降低时，矿异常幅度快速增大，范围急剧变窄，但岩体异常幅度和范围却改变不大，由此能够判断异常性质。第77页二、分析磁体赋存形态（一）、磁性体与其磁场平面分布对应关系依据平面特征，能够将异常分为两类：一类是狭长异常，一类是等轴状异常。它们是按照二分之极大值等直线圈闭长、短轴之比来区分。当长轴等于短轴三倍以上时，该异常即为狭长异常。第78页狭长异常由含有显著走向磁体引发，异常走向就是磁体走向。等轴状异常则由无显著走向或走向长度较短磁体引发第79页（二）、磁性体与其磁场剖面对应关系只在顶端产生负磁荷，两侧和底部不能有磁荷第80页假如是有限延伸板，两侧都会出现负值，只不过，一边大些，一边较小※当磁性体呈南北走向时，剖面应垂直走向呈东西剖面，此时Ms垂直向下第81页第82页（三）、预计磁体埋深普通来说，磁体埋藏浅时，磁异常强度大、范围窄、梯度陡；埋藏深时，磁异常强度小，范围宽、梯度缓。所以狭窄尖锐异常一定是埋藏较浅磁体引发，而宽敞平缓异常大都是埋藏较深磁体引发。第83页第八节磁法勘探应用一、磁异常在区域与深部地质调查中应用（一）、划分不一样岩性区和圈定岩体（不一样岩体磁场特征从略P151）依据航磁资料确定侵入体边界左图为殷祖、铁山岩体航磁异常，异常曲线类似于斜磁化厚板理论曲线，岩体边界可由△T曲线正、负极值圈定，正、负极值间距离大致反应岩体宽度，与出露地表实际范围是基本吻合。第84页（二）、推断断裂、破碎带及褶皱详见P152（从略）第85页利用磁异常研究深大断裂深大断裂往往是两个不一样大地结构单元分界限，可深达数百公里，为屡次活动岩浆通道，如左图所表示，断裂表现为磁场升高正异常带。第86页利用磁异常研究褶皱构造北京某铁矿磁异常图左图磁异常整体反应出中间高、两边低特征，经钻井证实为一向斜褶曲结构第87页

利用磁法推断断层航磁上断层特征左图中，航磁异常轴线出现显著位移，推断解释为断层第88页利用航空磁测圈定中生界沉积结构某地中生界结构在磁场上反应1--△T曲线;2—航磁圈定结构;3—地震圈定结构;a—平面剖面图;b--△T剖面左边虚线圈定中生界结构边界，与地震勘探圈定结构边界结果靠近；右边为剖面图二、磁法勘探在石油天然气勘探中应用第89页云南某地磁异常示意图上图中较强磁异常为铬铁矿所产生圈定磁铁矿三、磁法勘探在固体矿产勘查中应用第90页

左图为某铁矿上航磁异常，该异常位于矿区外围，但处于成矿有利地段，所以布置地面磁测工作，圈定了右图低缓异常，经过钻探验证了该异常就是磁性铁矿引发。第91页低缓异常区找矿实例

磁法找矿勘探中，不要轻易放过低缓磁异常，它有可能是深部矿产产生异常。左图为华北某地域1：10万航磁图，磁异常出现在两条测线上，强度不到200nT。区内成矿母岩为闪长岩，磁化强度约4000×10-3A／m，矿石磁化强度大于5000×10-3A／m。右图为1：1万地面普查圈定该异常，异常带长约2km，宽约800m，最大异常为840nT，最小异常为-50nT。第92页该异常低缓，又处于不利于成矿石炭、二叠系地层分布区，异常性质一直难以判定，后经仔细分析，认为是矿异常可能性大，其依据以下：

（1）在大区域航磁图上，该异常是在两个岩浆岩侵入体(闪长岩和二长岩)背景异常上出现局部异常。在本区大面积背景场梯度逐步变缓，说明侵入体埋深增大。区域地质资料表明，本区深部可能存在有利于成矿岩浆岩和沉积岩(中奥陶系灰岩)接触带。（2）Za异常近于南北走向，东西两侧对称有负值，可近似认为是近南北向薄板引发。计算表明其埋深约300m。本区石炭系地层最大厚度不超出160m，而电测深资料求得灰岩顶板深度约100m，可见磁体位干灰岩中，处于成矿有利深度。第93页（3）由左图中磁异常向下延拓资料可知：地下100m深处磁场极大值10